Lên men trong chế biến thực phẩm là quá trình chuyển hoá Carbohydrates (như tinh bột hoặc đường) thành rượu và các Acid hữu cơ bằng cách sử dụng vi sinh vật (nấm men, nấm mốc, vi khuẩn) dưới điều kiện yếm khí (đây là quá trình sinh học diễn ra khi không có Oxi). Đó là định nghĩa cơ bản nhất của lên men mà ta có thể tìm được ở trong sách vở.
Thế nhưng đối với công đoạn sơ chế cà phê, có thật sự chỉ đơn giản là cho trái cà phê vào túi nhựa, cột chặt miệng túi, rồi để vào góc nhà trong 3 đến 5 ngày là đủ để xong cái mà dân tình vẫn hay ưu ái gọi tên là "Phương pháp lên men yếm khí"? Hay phải cho nấm men vào bể lên men từ 36 giờ đến 44 giờ mới thành công?
Chất lượng thành phẩm cuối cùng sẽ luôn là một dấu chấm hỏi lớn nếu ta cứ lặp lại phương pháp "đơn giản" ấy. Bởi vì thực chất, hoạt động của nấm men (hay còn được gọi là con men) dù ở trong túi nhựa hay ở trong bể lên men thì vẫn vượt quá tầm hiểu biết của người sản xuất trong suốt thời gian qua. Nhiều người đang hiểu sai vai trò của Oxi trong quá trình hô hấp lẫn quá trình lên men của nấm men. Họ nói rằng nấm men cần Oxi để sinh tồn hay cần Oxi để sinh khối nhưng thật ra chúng không cần. Ý đồ của người nói khi lược bỏ các chi tiết chuyên sâu, các dòng giải thích phức tạp là để người nghe có thể hình dung nhanh hơn và ý tưởng tiếp cận được nhiều người hơn. Nhưng một khi bắt đầu ứng dụng thực tế, người làm cần phải có một nền tảng kiến thức vững chắc và chuyên sâu thực sự để hiểu rõ cách thức hoạt động của nấm men, từ đó mới có thể kiểm soát và ứng dụng men hiệu quả trong sản xuất.
Các nấm men BOS. đang sử dụng đều là loài Saccharomyces Cerevisiae, thuộc họ Saccharomycetaceae. Đây là loài nấm men yếm khí được sử dụng trong rượu bia. Có điều gì sai ở đây chăng? Độc giả chắc đã nhận ra, nhưng đó không phải là lỗi đánh máy hay gì cả. Nấm men BOS. đề cập là loài "yếm khí", vậy vai trò của Oxi ở đâu? Vậy ta có thật sự cần Oxi cho nấm men không?
Khi cộng đồng cà phê theo đuổi phương pháp lên men mới “Lên men yếm khí”, BOS. đặt câu hỏi “liệu lên men yếm khí do nấm men hay sinh vật yếm khí khác?”. BOS. cũng đặt câu hỏi cho bể lên men hở “lớp màng nhầy được làm sạch bởi vi sinh vật nào? Nấm men, vi khuẩn, v.v…”. Độ đường rất cao trong màng nhầy hình thành bể dịch đường cà phê; nó tựa như dịch nha trong lên men bia, hay dịch nho trong lên men rượu vang. Sao chưa có ai sục khí Oxy để lên men cà phê?
Quay ngược lại quá khứ trước khi cà phê Specialty thị thành, lên men cà phê đơn thuần là loại bỏ lớp màng nhầy bám trên vỏ lụa. Mọi người vẫn gọi là lên men. Cho dù nó chẳng liên quan đến định nghĩa lên men ở phần trước. Sự phát triển của ngành hàng cà phê Specialty thôi thúc các thành viên trong chuỗi cung cấp này tìm kiếm các hương vị mới, các trải nghiệm mới. Họ vay mượn các phương pháp lên men từ rượu vang, bia, bánh, v.v… cho cà phê, để hiện thực hoá mong muốn tìm kiếm cái mới. Một khi vay mượn phương pháp lên men từ bất cứ đâu, người làm phải xác định rõ sản phẩm cuối cùng họ muốn nhận được là gì? Nó chắc chắn không là cồn, không là CO2. Nó phải là cà phê thóc sạch màng nhầy, hương vị mới theo mong muốn của mình, không lẫn tạp hương tạp vị.
Điều bất ngờ chúng tôi phát hiện ra khi nghiên cứu(*) vi sinh vật hoang dã hoạt động rất mạnh trong bể lên men truyền thống và túi lên men yếm khí, cũng là cảm hứng để BOS. viết chủ đề này, thuộc loài Saccharomyces Cerevisiae (SC) họ Saccharomycetaceae. Qua đó, chúng tôi có thể tạm khẳng định rằng “vi sinh vật hoang dã là nấm men yếm khí” ở khu vực nông trại anh Hùng và Dũng, và kỳ vọng tương tự cho các nông trại khác. Chính vì thế, lên men cà phê trong túi bị kín và lên men trong bể hở đều là lên men yếm khí (**).
Cũng từ đó, ứng dụng kiến thức trong ngành rượu vang và bia, chúng ta biết được nấm men sử dụng Oxy để tạo ra (thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp) axit béo không bão hòa (UFA) và sterol (chủ yếu là ergosterol - là một yếu tố tăng trưởng yếm khí thiết yếu của SC) cho các hoạt động của mình trong môi trường yếm khí. Hai thành phần này đóng vai trò quan trọng hình thành màng tế bào (cellular membranes) nhanh hơn, và giúp nấm men sinh khối nhanh hơn.
Bao nhiêu Oxy là đủ?
Nếu bạn có cơ hội tham quan quá trình nuôi cấy nấm men trong ngành bia (Yeast Propagation) hay châm men để lên men bia (Yeast Dosing), chúng ta sẽ dễ dàng nhận ra Nấm Men được sống, sinh hoạt và phát triển trong môi trường siêu sạch. Từ đó, người làm sẽ dễ dàng đánh giá và kiểm soát tốc độ sinh trưởng của nấm men.
Câu hỏi cần bao nhiêu Oxy cho bể lên men cà phê, thật ra không có câu trả lời nhất định. Quá nhiều yếu tố tác động đến sự sinh trưởng và tồn tại của Nấm Men trong ứng dụng cà phê. Bể lên men cà phê là môi trường mở với đủ loại vi sinh vật sinh sống. Quá trình tranh đấu, giành giật môi trường sống giữa Nấm Men, Nấm Mốc, Vi Khuẩn,... luôn xảy ra. Nhưng chúng ta biết được rằng, một khi Nấm Men tích luỹ đủ tài nguyên, quân số cho mình và môi trường yếm khí hình thành, Nấm Men sẽ thống trị toàn bộ môi trường mà nó sống trong đó (giai đoạn đầu của quá trình lên men).
Dưới đây là các yếu tố BOS. phải đối mặt, tìm cách xử lý theo từng thời điểm, và điều chỉnh quy trình thường xuyên:
1. Nhiệt độ môi trường/nước trong bể: BOS. đặt bể lên men nơi thoáng mát, sử dụng vật liệu cách nhiệt để giữ nhiệt độ ổn định và chênh lệch ít nhất.
2. Chất lượng nước trong bể: BOS. sử dụng nước sạch.
3. Mức độ sạch sẽ của bể/túi lên men: BOS. thường xuyên khuyến khích nông hộ rửa sạch sẽ máy bóc vỏ, bể sau mỗi lần lên men.
4. Lượng đường trong trái cà phê: BOS. khuyến khích hái trái cà phê chín đỏ càng nhiều càng tốt. Trong điều kiện mưa dầm thường xuyên, người hái gặp nhiều khó khăn khi hái chín. Lượng đường trong trái cà phê sẽ giảm, lựa chọn phương pháp chế biến rất quan trọng trong điều kiện này. BOS. hiện tại vẫn đang tìm kiếm phương pháp tối ưu.
5. Lượng Oxy trong bể/túi lên men: BOS. lựa chọn phương pháp sục khí Venturi để sục Oxy cho bể lên men. Phương pháp này đơn giản và tạo bọt khí mịn cho bể lên men.
6. Sức khoẻ của Nấm Men: BOS. không tái sử dụng Nấm Men, sử dụng Nấm Men mới và khoẻ.
7. Số lượng Nấm Men: BOS. sử dụng đúng liều lượng Nấm Men do nhà cung cấp khuyến cáo.
8. Thời gian lên men: BOS. nhận thấy thời gian lên Men từ 36h - 44h ở bể lên men hở cho kết quả thử nếm cao từ 83 đến 85 điểm.
Ở bể lên men hở của BOS., lớp bọt dày trên mặt nước sẽ dần tạo môi trường yếm khí trong bể lên men. BOS. luôn hạn chế lượng nước trong bể để giữ lượng đường cao trên trái cà phê và không thêm nước để duy trì môi trường yếm khí. BOS. tuần hoàn lượng nước trong bể để phân bố Men đều khắp và giữ nhiệt độ trong bể đồng nhất.
Trong môi trường yếm khí ngay từ đầu, Nấm Men hiện diện trong cà phê sẽ lên men. Sự sinh trưởng của Nấm Men trong điều kiện yếm khí tuỳ thuộc vào lượng Axit Béo Không Bảo Hoà (UFA) và Ergosterol hiện hữu; nó là sự phỏng đoán vì vẫn chưa có bài nghiên cứu chính thức về Axit Béo Không Bảo Hoà và Ergosterol trong lên men yếm khí cà phê. BOS. hình thành quy trình, điều chỉnh và đánh giá hiệu quả lên men yếm khí thông qua quan sát sự xuất hiện bong bóng khí. Thời gian bong bóng khí đầu tiên và liên tục sẽ cho thấy mức độ lên men.
Qua bài viết này, BOS. mong muốn đọc giả nắm các thông tin cơ bản:
- Nấm Men Saccharomyces Cerevisiae (SC) là Nấm Men yếm khí.
- Vi sinh vật hoang dã là Nấm Men Saccharomyces Cerevisiae (tại nông trại của a. Hùng và a. Dũng).
- Oxy thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp Axit Béo Không Bảo Hòa (UFA) và Sterol. Và sự sinh khối của SC tuỳ thuộc vào lượng Sterol và UFA.
- Lên men bể hở là lên men yếm khí tuỳ nghi (bình dân học vụ gọi là "nhạc nào cũng nhảy").
- Các yếu tố chính tác động đến sinh trưởng và tồn tại của Nấm Men.
- Tuần hoàn nước trong bể lên men để men được phân bố đều và ổn định nhiệt độ.
Tài liệu tham khảo:
1. Anaerobiosis revisited: growth of Saccharomyces cerevisiae under extremely low oxygen availability. Applied Microbiology and Biotechnology, 102 (5). pp. 2101-2116. ISSN 0175-7598.
2. Oxygen in brewery fermentation - by B.H Kirshop, Vol 84, 1974.
3. The influence of yeast oxygenation prior to brewery fermentation on yeast metabolism and the oxidative stress response - Pieter J. Verbelen, Sofie A. Depraetere, Joris Winderickx, Freddy R. Delvaux & Filip Delvaux
4. Comparison of Sterol Import under Aerobic and Anaerobic Conditions in Three Fungal Species, Candida albicans, Candida glabrata, and Saccharomyces cerevisiae - Martin Zavrel,a Sam J. Hoot,b Theodore C. Whitea
5. The State of the Art - Lallemand
6. Oxygen Consumption by Anaerobic Saccharomyces cerevisiae under Enological Conditions: Effect on Fermentation Kinetics - Eric Rosenfeld, Bertrand Beauvoit, Bruno Blondin, and Jean-Michel Salmon
7. Comparison of Sterol Import under Aerobic and Anaerobic Conditions in Three Fungal Species, Candida albicans, Candida glabrata, and Saccharomyces cerevisiae - Martin Zavrel,a Sam J. Hoot,b Theodore C. Whitea
8. Cocoa and Coffee Fermentations Edited By Rosane F. Schwan Graham H. Fleet
9. Coffee: Growing, Processing, Sustainable Production, A Guidebook for Growers, Processors, Traders, and Researchers 2004 – Jean Nicolas Wintgens
10. The craft and science of coffee, Editorial Board Imre Blank, Adriana Farah, Peter Giuliano, Dean Sanders and Chris Wille